Хозяин биома: как бактерии внутри человека влияют на его жизнь и здоровье

В теле среднестатистического человека весом около 70 килограмм живет примерно 40 триллионов бактерий. Это по количеству на четверть больше, чем клеток нашего собственного организма. Когда все они в нем поселились? Какая в этом заслуга наших родителей? И правда ли, что бактерии правят миром? На эти и другие вопросы ответил кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории функциональной геномики прокариот, ученый секретарь Института биофизики клетки РАН — обособленного подразделения Федерального исследовательского центра «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук» — Константин Шавкунов.

Соседи из каменного века

Группу микроорганизмов, обитающих в той или иной среде — «экологической нише» — называют микробиомом. Константин Шавкунов объяснил, что это и бактерии, и простейшие одноклеточные эукариоты, и археи. Причем суммарная биомасса бактерий на нашей планете превышает биомассу животных. Они обитают повсюду, поэтому неудивительно, что некоторые из них поселились и внутри нас.

«Интересно, что для бактерий наше тело неоднородно по условиям обитания, и потому можно говорить отдельно о микробиомах кожи, слизистой оболочки рта, кишечника, крови и других органов и тканей. При этом даже в разных отделах кишечника состав бактерий будет неодинаковым, что определяется различиями в кислотности, количестве воды, а также рядом других факторов», — отметил эксперт.

Он рассказал, что сам термин «микробиом человека» был предложен в 2001 году учеными Алексой МакКрей и Джошуа Ледербергом, хотя интерес к бактериям — «сожителям» человека — появился намного раньше. Например, в 1880-х годах Теодор Эшерих открыл и описал такую бактерию как кишечная палочка. Человек разумный всегда сосуществовал бок о бок с бактериями, поэтому организм еще наших ранних предков был колонизирован ими — и с тех пор микроорганизмы стали верными симбионтами.

Без срока давности

Сегодня по следам микроорганизмов, населявших тела наших предков, антропологи выясняют, как древние люди мигрировали и какой образ жизни вели.

«Анализ образцов, выделенных из сохранившихся мумий, указывает на перенесенные инфекционные заболевания, часто позволяя точно установить причину смерти человека, который умер сотни и тысячи лет назад», — поделился эксперт. При этом по составу эти сообщества отличались от тех, которые живут в организме. По словам Константина Шавкунова, это связано с тем, что человеческие популяции были значительно менее многочисленными, существовали изолированно друг от друга. Кроме того, сильно отличался и рацион древнего человека — охотника и собирателя.

«Микробиом человека приспосабливался, менялся по мере того, как менялась жизнь нашего биологического вида. Да и сейчас условия существования отдельно взятых людей значительно варьируются», — обратил внимание эксперт. Он привел пример: микробиом кожи жителя Москвы будет сильно отличаться от набора бактерий на коже человека из деревни в Вологодской или Новгородской области. Ведь микроорганизмы по-разному реагируют на состав окружающей среды и климат. Поэтому микрофлора может меняться, например, во время путешествий.

Впитали с молоком матери

Бактерии попадают в наш организм еще при рождении. Первые из них передаются ребенку от матери, в том числе, с грудным молоком. А после этого их число активно растет — пока микробиом не пополнят все «нужные» симбионты.

«Иммунная система новорожденных еще не развита, она будет крепнуть в первые годы по мере взросления, и одновременно с этим новый человек, живя в открытом мире, приобретает новых „жильцов“, его организм „знакомится“ с ними. После прекращения грудного кормления микробиом малыша трансформируется, с тем чтобы более эффективно расщеплять клетчатку и синтезировать короткоцепочечные жирные кислоты, и достигает относительно стабильного состояния к возрасту 2-3 лет», — поделился исследователь. Как оказалось, на формирование микробиома может влиять даже тип вскармливания — например, микрофлора кишечника новорожденных на грудном молоке состоит из лактобацилл, стафилококка и бифидобактерий, в то время как у детей-«искусственников» — из розебурий, клостридий и анаэростипеса.

«При этом у новорожденных с искусственным питанием микробиом быстрее приближается по составу к взрослому. И в нем больше вызывающих воспалительные процессы микроорганизмов, чем у детей, которых кормили грудью», — обратил внимание кандидат биологических наук. Сильно может повредить детской флоре и прием антибиотиков. Поэтому очень важно относиться к этому вопросу серьезно. Ведь в будущем все это может отразиться на жизни малыша — помешать укреплению здорового иммунитета и даже привести к порокам развития.

«Последствиями отклонений в формировании сбалансированного микробного сообщества могут быть различные патологии. Так, например, установлена связь между наличием определенных бактерий в кишечнике детей и развитием расстройств аутистического спектра», — сказал эксперт.

Отследить бактериальный след

При этом антибиотики влияют на наш микробиом не только в детстве. У некоторых бактерий есть гены устойчивости к этим препаратам. Исследователь отметил, что по ним можно понять, насколько широко распространена антибиотикотерапия в популяции или в регионе, и оценить риск вспышек «суперинфекций», т. е. инфекций, вызываемых бактериями, невосприимчивыми к нескольким антибиотикам одновременно.

По микробиому можно узнать не только, чем мы лечимся, но и чем болеем. Изучение флоры пациента может указать врачу на развитие определенных патологий: «Микробиомы используют в качестве маркеров при диагностике не только инфекционных, но также онкологических и иных заболеваний. Знания об этих взаимосвязях активно пополняются, поскольку геномные исследования на текущем уровне своего технического развития обладают очень мощным инструментарием и методами для анализа», — поделился Константин Шавкунов.

Он рассказал, что для изучения микробиома ученые используют секвенирование. Так называют определение последовательностей ДНК геномов микроорганизмов. Такие технологии появились в начале века и сегодня стремительно развиваются — и, по словам эксперта, становятся все более доступными.

«Сегодня микробиом человека изучен на огромных выборках индивидов — сотнях тысяч здоровых и больных с разными патологиями. Уже известно, какие микроорганизмы вызывают воспаление кишечника, различные типы рака, сердечно-сосудистые патологии и даже нейродегенеративные расстройства», — сказал кандидат биологических наук.

Управляют ли бактерии нами

Больше всего бактерий живут в кишечнике человека — Константин Шавкунов отметил, что их там примерно 40 триллионов: «Бактерии помогают высшим организмам (не только человеку, разумеется) расщеплять и усваивать потребляемую пищу. Помимо этого, бактерии сами являются источником многих важных для нашего тела соединений», — рассказал он.

Например, бактерии выступают важными источниками витаминов, необходимых для функционирования организма человека, поэтому, чтобы не нарушать их работу, эксперт советует придерживаться сбалансированного питания и не злоупотреблять антибиотикотерапией без необходимости.

Но самое интересное — микроорганизмы могут влиять даже на наше поведение. Например, по словам Константина Шавкунова, некоторые из них способны к продукции биогенных аминов из аминокислот, к которым, в том числе, относятся гормоны и нейромедиаторы. И именно они формируют эмоциональный фон, отвечают за работу мозга. Поэтому бактерии при определенных условиях действительно оказывают влияние на когнитивные функции и эмоции.

«Впрочем, достоверно установить, что именно бактерии ответственны за ту или иную реакцию человека, будет крайне непросто», — поделился ученый. Исследования микробиомов человека сегодня проводятся очень активно, и к настоящему времени, по мнению эксперта, данные сообщества в целом довольно подробно изучены. Тем не менее, ранее неизвестные патогенные микроорганизмы, оказавшиеся внутри нас, могут стать неприятной неожиданностью.

Например, биолог напомнил, что в 2011 году в Германии случилась вспышка заражения новым штаммом энтерогеморрагической кишечной палочки — EHEC O104:H4. Эта бактерия попала и в другие страны — тогда погибли более 40 человек. Причем она оказалась родственна хорошо изученной кишечной палочке Escherichia coli, которая является частью нормальной микрофлоры человека, синтезирует витамины и предотвращает развитие патогенных микроорганизмов в кишечнике.

Поэтому значимость микроорганизмов не стоит недооценивать. Какие-то из них полезны, какие-то опасны. И их изучение поможет предотвратить многие болезни, вовремя вычислить патологии и вылечить миллионы людей. Тем более, раз бактерий на нашей планете больше, чем животных и растений, возникает философский вопрос — может, именно они правят миром? Пока мы не можем дать однозначный ответ, но зато знаем точно — без них наш организм не смог бы работать исправно.